北京科技大學(xué)材料力學(xué)性能試驗1-低碳鋼拉伸試驗

1、北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告低碳鋼拉伸試驗報告XXX北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材科1005班一、試驗?zāi)康呐c要求.測定低碳鋼在退火、正火和回火三種不同熱處理狀態(tài)下的強(qiáng)度與塑性。.測定低碳鋼的應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)。相關(guān)實驗任務(wù)按照國標(biāo)GB/T228-2002要求完成。二、試驗內(nèi)容通過室溫拉伸實驗測試三種不同熱處理狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長 率、斷面收縮率，并通過Hollomon公式計算應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)，測 試過程執(zhí)行GB/T228-2002。.實驗材料與試樣試驗材料：退火低碳鋼、正火低碳鋼和淬火低碳鋼。試驗試樣：在退火、正火和回火

2、低碳鋼R4標(biāo)準(zhǔn)試樣各一個。.實驗設(shè)備與儀器游標(biāo)卡尺，最高精度為0.02mm劃線器，標(biāo)記準(zhǔn)確到1%引伸計，標(biāo)距50mm萬能材料試驗機(jī)WDW-200D。主要性能指標(biāo)如下：最大載荷200KNI試驗力精度優(yōu)于示值得0.5%力值測量范圍：最大試驗力的0.4%-100%變形測量準(zhǔn)確度：在引伸計滿量程的2%-100%范圍內(nèi)優(yōu)于示值的1%橫梁位移測量：分辨率為0.001mm橫梁速度范圍：0.005mm/min-500mm/min,無級，任意設(shè)定夾具形式：標(biāo)準(zhǔn)楔形拉伸附具、壓縮附具、彎曲附具載荷傳感器：0.5級3.試驗步驟a）給三個試樣編號。b）用游標(biāo)卡尺測量試樣的原始直徑d0II,并檢測是否滿足R4標(biāo)準(zhǔn)試樣公

3、差要求 III。c）用劃線器標(biāo)識試樣的原始標(biāo)距L0。d）裝卡引伸計并安裝試樣。e）調(diào)試程序并開始測試IV。I低碳鋼回火后的抗拉強(qiáng)度在600MPa左右，R4標(biāo)準(zhǔn) 試樣的直徑為10mm,估計最大試驗力F=600 x 106xn（10 x 103）2=47kN200kN 故200KN滿足實驗需要。14II原始直徑d0測量方法為：用游標(biāo)卡尺在等直段上 選取試樣的兩端和中央的三個截面，每一個截面沿互相垂直的兩個方向測出直 徑，取最小直徑計算截面積S0。III按照國標(biāo)GB/T228-2002規(guī)定，R4標(biāo)準(zhǔn)試樣的尺寸公差為0.07mm，形狀公差 為 0.04mm。IV按照國標(biāo)GB/T228-2002規(guī)定，材

4、料彈性模量N150000N/mm2時，應(yīng)力速度最 小為 6(N/mm2)s-1，最大為 20(N/mm2)s-1北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告當(dāng)載荷達(dá)到最大時取下引伸計V。繼續(xù)加載直至試樣斷裂，取下試樣。用游標(biāo) 卡尺測量斷后最小直徑du和斷后標(biāo)距長度LuVI。對其他試樣重復(fù)上述步驟。處 理實驗數(shù)據(jù)VII三、實驗數(shù)據(jù).試樣原始直徑測量：試樣編號10.0410.009.98表1試樣原始直徑測量數(shù)據(jù)試樣原始直徑d0/mm試樣原始截面積S0/mm2 10.02 10.04 10.02 10.02 10.00 78.54 10.00 10.00 10.00 10.00

5、 10.00 78.54 9.98 10.00 10.00 10.00 9.98 78.231其中試樣截面積S0=4nd02由于每個試樣的最大與最小直徑差不超過0.04mm，故全部試樣均滿足R4標(biāo)準(zhǔn)試 樣的 公差要求。2.試樣斷后直徑測量：表2試樣的斷后直徑測量數(shù)據(jù)試樣編號試樣斷后直徑du/mm du平均值/mm最小截面積Su/mm25.70 5.70 5.76 5.72 5.72 5.70 5.72 25.676.08 6.06 6.06 6.02 6.00 6.06 6.05 28.725.50 5.52 5.54 5.58 5.50 5.53 24.00計算三個試樣的斷后直徑測量誤差：1

6、號試樣：Adu(5.70-5.72)2+(5.70-5.72)2+(5.76-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.72-5.72)2+(5.70-5.72)2=461=0.02mm考慮到游標(biāo)卡尺的測量精度為0.02mm： Adu=0.03mmAdu0.03=0.5%1% du5.72故測量結(jié)果滿足國標(biāo)GB/T228-2002中的要求。V取下引伸計的目的是防止引伸計超出量程而損壞，取下引伸計后應(yīng)變數(shù)據(jù)由位 移傳感器提供。VIdu與lu測量方法為：將試樣仔細(xì)拼接在一起，使其軸線處于同一直線上測量 Lu，在頸縮最小的截面上取 相互垂直的方向測量du。VII 按照國標(biāo) GB/T228-200

7、2 規(guī)定，Rel，Rm 在 200N/mm2-1000 N/mm2 范圍內(nèi)時，修約間隔為5 N/mm2， A的修約間隔為0.5%，Z的修約間隔為0.5%。北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告2號試樣：Adu(6.08-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.06-6.05)2+(6.02-6.05)2+(6.00-6.05)2+(6.06-6.05)2=4 6-1=0.03mm考慮到游標(biāo)卡尺的測量精度為0.02mm： Adu=40.03+0.02=0.04mmAdu0.04=0.7%1% du5.53故測量結(jié)果滿足國標(biāo)GB/T228-2002中的要求。3號試

8、樣：Adu(5.50-5.53)2+(5.52-5.53)2+(5.54-5.53)2+(5.58-5.53)2+(5.50-5.53)24=5-1=0.03mm考慮到游標(biāo)卡尺的測量精度為0.02mm： Adu=40.03+0.02=0.04mAdu0.03=0.5%1% du5.72故測量結(jié)果滿足國標(biāo)GB/T228-2002中的要求。3.試樣斷后標(biāo)距測量：表3試樣的斷后標(biāo)距測量數(shù)據(jù)試樣編號試樣斷后標(biāo)距Lu/mm69.24 69.34 69.268.24 67.86 68.12 68.16 68.12 3VIII以2號試樣計算斷后標(biāo)距測量誤差：ALu68.24 -Lu平均值/mm69.26 6

9、8.12 -(68.24-68.12)2+(67.86-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68.16-68.12)2+(68.12-68.12)2+(68 .24-68.12)2=d6-1=0.14mm0.25mm故測量結(jié)果滿足國標(biāo)GB/T228-2002中的要求。4.由試驗機(jī)直接得到的數(shù)據(jù)：表4由試驗機(jī)直接得到的測量數(shù)據(jù)試樣編號1 2 3VIII IX下屈服強(qiáng)度Rel/Mpa測量數(shù)據(jù)修約數(shù)據(jù)284.8 285 279.2 280 353.3 355IX抗拉強(qiáng)度 Rm/Mpa測量數(shù)據(jù)修約數(shù)據(jù)437.4 435 446.9 445 568.0 5703號試樣為低碳鋼淬火試樣，在拉伸

10、過程在試樣等直段頭部斷裂，故無法獲得斷 后標(biāo)距數(shù)據(jù)。3號試樣位低碳鋼淬火試樣，無明顯屈服平臺，故采用Rp0.2位屈服強(qiáng)度 北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告 四、數(shù)據(jù)處理.屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度(下屈服強(qiáng)度)與抗拉強(qiáng)度由試驗機(jī)直接讀出三個試樣的屈服強(qiáng)度與抗 拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)已經(jīng)列于表4中。.斷后伸長率Lu-L0A= L0試樣 1： L0=50.0mm，Lu=69.26mmA=試樣 2： L0=50.0mm，Lu=68.12mmA=68.12-50.0=36.2% 修約后，A=36.0% 50.069.26-50.0=38.5% 修約后，A=38.5%50.0試樣3

11、：無法獲得斷后標(biāo)距，故無法計算斷后伸長率。.斷面收縮率Z=試樣 1： S0=78.54mm2，Su=25.67mm2Z=78.54-25.67=67.3% 修約后，Z=67.5% 78.54S0-Su S0試樣 2： S0=78.54mm2，Su=28.72mm2Z=78.54-28.72=63.4% 修約后，Z=63.5% 78.54試樣 3： S0=78.23mm2, Su=24.00mm2Z=78.23-24.00=69.3% 修約后，Z-69.5% 78.23.應(yīng)變硬化指數(shù)與應(yīng)變硬化系數(shù)真應(yīng)力：S=O（1+）真應(yīng)變：e=J均勻塑性變形服從Hollomon公式：S=KenlnS=lnK+

12、nlne從應(yīng)力-應(yīng)變曲線的均勻塑性變形階段選取部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)，求得lnS和lne，lnS-lne 曲線的斜率就是應(yīng)變硬化指數(shù)n，截距是lnK，由lnK即可求得應(yīng)力應(yīng)變系數(shù) K。dl（1+s） =ln 1101北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告試樣1：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)X，計算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖1）,選取應(yīng) 變在4.4%13.4%之間的1360組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對 應(yīng)的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出lnS-lne曲線，使用origin進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖2 所示。圖1試樣1拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖2試樣1的lnS-lne擬合直線圖擬合直

13、線方程為：lnS=0.263lne+6.738,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9971,由線性擬合結(jié) 果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.263,應(yīng)變硬化系數(shù)K=e6.738=857MPa X數(shù)據(jù)來源為 WDW-200D萬能力學(xué)試驗機(jī)所得載荷-變形數(shù)據(jù)，取下引伸計前變形數(shù)據(jù)由引伸 計提供，取下引伸計后由位移傳感器提供。北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告試樣2：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖3）,選取應(yīng)變 在4.0%12.0%之間的1288組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對應(yīng) 的真應(yīng)力、真應(yīng)變，做出lnS-lne曲線，使用origin進(jìn)行線性

14、擬合，結(jié)果如圖4所 示。圖3試樣2拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖4試樣2的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.268lne+6.7709,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9972,由線性擬合 結(jié)果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.268, lnK=6.7709,應(yīng)變硬化系數(shù)K=e6.709=872MPa北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告試樣3：根據(jù)載荷-變形數(shù)據(jù)，計算應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力應(yīng)變曲線（圖5）,選取應(yīng)變 在0.14%1.35%之間的508組數(shù)據(jù)（此階段對應(yīng)均勻塑性變形階段），計算對應(yīng)的真應(yīng) 力、真應(yīng)變，做出lnS-lne曲線，使用origin進(jìn)行線性擬合，結(jié)

15、果如圖6所示。 圖5試樣3拉伸過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖6試樣3的lnS-lne擬合直線圖擬合直線方程為：lnS=0.205lne+7.043,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.9994,由線性擬合結(jié) 果可知，應(yīng)變硬化指數(shù)n=0.205, lnK=7.042,應(yīng)變硬化系數(shù)K=e7.043=1145MPa北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告五、誤差分析.屈服強(qiáng)度ReL=有：AReLAPAS0APAd0=+=+2- ReLPS0Pd0試驗機(jī)的試驗力準(zhǔn)確度優(yōu)于0.5%，故AP0.5% P游標(biāo)卡尺的最小分辨率：Ad0=0.02mm所以：AReLReL-(0.5%+2-試樣 1： d0=10

16、.00mm，ReL=284.8MPaAReL284.8MPax(0.5%+2試樣 2： d0=10.00mm， ReL=279.2MPaAReL279.2MPax(0.5%+2試樣 3： d0=9.98mm， RP0.2=353.3MPa0.02)=3.2MPa 9.98可見國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定屈服強(qiáng)度在200N/mm21000N/mm2范圍內(nèi)時修約間隔為5N/mm2是合理的。.抗拉強(qiáng)度類似于抗彎強(qiáng)度誤差分析，實驗測量抗拉強(qiáng)度的誤差：0.02ARmRm-(0.5%+2-) d0ARp0.2353.3MPax(0.5%+2試樣 1： d0=10.00mm, Rm=437.4MPaA

17、Rm437.4x(0.5%+2-試樣 2： d0=10.00mm, Rm=446.9.4MPaARm446.9x(0.5%+2-試樣 3： d0=9.98mm, Rm=568.0MPa0.02=5.1MPa 9.98可見國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定屈服強(qiáng)度在200N/mm21000N/mm2范圍內(nèi)時修 約間隔為5N/mm2是合理的。ARm568.0 x(0.5%+2-0.02)=4.0MPa 10.000.02)=3.9MPa 10.000.02=2.5MPa10.000.02=2.6MPa 10.000.02) d0PS0北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報

18、告.斷后伸長率A二因此：1+A=得：AAAL0ALu=+ 1+AL0Lu劃線器精度優(yōu)于1%,故AL01% L0以2號樣品測得的6組斷后標(biāo)距的ALu為準(zhǔn)，1號試樣沿用這個值：ALu=0.14mm試樣 1： Lu=69.26, A=38.5%0.14+1%)-(1+38.5%)=1.7% 69.26試樣 2： Lu=68.12mm, A=36.2% AA=(0.14+1%)-(1+36.0%)=1.6% 68.12試樣3：無法獲得斷后標(biāo)距，故無法計算斷后伸長率。國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定斷后伸長率修約間隔為0.5%,實驗中斷后伸長率的誤 差普遍超過了 0.5%,原因是實驗使用的劃線器精度是

19、1%,這樣測得的AA 一定 大于1%。.斷面收縮率S0-SuSudu2Z=1-=1-S0S0d0AA=(故：AZ=游標(biāo)卡尺的精度為0.02mm,故Ad0=0.02mm試樣 1： du=5.72mm, Adu=0.03mm, d0=10.00mm2x5.722x5.722AZ=x0.03+x0.02=0.47% 10.00210.003試樣 2： du=6.02mm, Adu=0.04mm, d0=10.00mm2x6.022x6.022AZ=x0.04+x0.02=0.63% 10.00210.003試樣 3： du=5.53mm, Adu=0.04mm, d0=9.98mm2x5.532x5.532AZ=x0.04+x0.02=0.57% 9.9829.983國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定斷面收縮率修約間隔為0.5%,實驗所得數(shù)據(jù)中有兩組 超過了 0.5%，可見國標(biāo)GB/T228-2002中規(guī)定似有不合理之處。2dud0-Adu+2du2d0-Ad0 LuL0Lu-L0Lu=-1 L0L0北京科技大學(xué)材科1005班XXX材料力學(xué)性能試驗低碳鋼拉伸試驗報告六、實驗結(jié)論根據(jù)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)